Gravitoviscous protoplanetary disks with a dust component. II. Spatial distribution and growth of dust in a clumpy disk
利用FEOSAD程序,以亚au分辨率数值研究了在剧烈引力不稳定和碎裂作用下,星团原行星盘中尘埃的空间分布和增长。对描述薄盘极限中自引力和粘性原行星盘演化的流体动力学方程进行了修改,以包括由两部分组成的尘埃成分:亚微米大小的尘埃和具有可变最大半径的生长尘埃。还考虑了小尘埃向大尘埃的转化、尘埃的生长、尘埃与气体的摩擦以及尘埃的自重。我们发现,磁盘的外观是显着的时间变化与螺旋臂,尘埃环,和团块,不断形成,发展和衰减。因此,总的尘埃-气体质量比是高度不均匀的整个磁盘的范围内,从典型的1:100的值显示出数量级的局部偏差。通过引力破碎形成的引力束缚团块具有明显偏离开普勒自转的速度模式。小的尘埃在团块内部被有效地转化为大的尘埃,最大半径达到几分米。与此同时,长大的尘埃向团块中心漂移,形成一个巨大的致密中心凝聚体(70-100 $M_\oplus$)。我们认为,原行星可能会形成在内部的向内迁移块之前,他们通过潮汐扭矩的作用分散。我们预测在几十个au的轨道距离的原行星的形成与初始质量的气体和尘埃在原行星种子在(0.25-1.6)$M_{\rm Jup}$和(1.0-5.5)$M_\oplus$的限制,分别。然而,原行星中气体和尘埃的最终质量可能要高得多,这是由于周围大量富含金属的盘/包层的吸积。
2019-09-03 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The outcome of protoplanetary dust growth: pebbles, boulders, or planetesimals? I. Mapping the zoo of laboratory collision experiments
从原行星尘埃到微行星的生长过程尚未完全了解。实验室实验和理论模型表明,尘埃聚集体之间的碰撞可能导致粘附,反弹和破碎。然而,迄今为止,还没有对原行星尘埃的碰撞结果进行系统的研究,因此,原行星盘中尘埃演化的物理模型仍然缺失。我们打算映射任意多孔尘埃聚集体的碰撞相互作用的参数空间。这个参数空间包括尘埃聚集体的质量,它们的孔隙度和碰撞速度。有了这样一个完整的映射的碰撞结果的原行星尘埃聚集体,它将有可能遵循的碰撞演化的尘埃在原行星盘的环境。我们使用文献数据,进行自己的实验室实验,并应用简单的物理模型,得到一个完整的图片的碰撞相互作用的原行星尘埃聚集体。在我们的研究中,我们发现了四种不同类型的粘附,两种类型的反弹和三种类型的碎片作为原行星尘埃聚集体之间碰撞的可能结果。我们区分八种孔隙度和质量比的组合。对于每一种情况,我们都给出了一个完整的碰撞模型,其尘埃-聚集体质量在10^-12 ~ 10^2 g之间,碰撞速度在10^-4 ~ 10^4 cm/s之间,且孔隙率为任意值。该模型包括碰撞结果、所产生的聚集体的质量及其孔隙度。我们提出了第一个完整的原行星尘埃碰撞模型。该碰撞模型可用于确定原行星盘中尘埃的生长速率。
2009-11-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the secular evolution of the ratio between gas and dust radii in protoplanetary discs
原行星盘演化的一个关键问题是了解尘埃径向漂移的效率。这个过程使得观测到的尘埃盘尺寸在相对较短的时间尺度上缩小,这意味着尘埃盘开始时比我们现在看到的要大得多。在本文中,我们使用一个独立的约束,气体半径(探测CO旋转发射),测试光盘的演变模型。特别地,我们考虑尘埃和气体半径之间的比率,$R_{\rm CO}/R_{\rm dust}$。我们模拟的粘性演化,晶粒生长和径向漂移的影响下的原行星盘的时间演化。然后,使用辐射转移程序RADMC与近似化学,我们计算的尘埃和气体的半径的模型和研究如何$R_{\rm CO}/R_{\rm dust}$演变。我们的主要发现是,对于盘质量、初始半径和粘度的大范围值,由于径向漂移,$R_{\rm CO}/R_{\rm dust}$在短时间(<100万年)后变大(>5)。这与在年轻恒星形成区域(如狼疮)的测量结果不一致,后者发现的值要小得多,这意味着尘埃径向漂移在这些模型中过于有效。在大而明亮的星盘中,通常被用来阻止径向漂移的子结构,必须存在于大多数星盘中,尽管目前还没有得到解决。
2021-07-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Polarization reversal of scattered thermal dust emission in protoplanetary disks at (sub-)mm wavelengths
原行星盘的偏振光研究是制约尘埃性质、盘形和嵌入磁场的关键。然而,不同的偏振机制和尘埃颗粒的形状和成分的多样性导致偏振图案的模糊性。所谓的“自散射”的热,再发射的辐射在红外和毫米/亚毫米作为一个主要的偏振机制进行了讨论。如果辐射场的净通量是径向的,通常假设原行星盘中散射产生的偏振图案显示出面向盘的同心环。我们表明,翻转的$90^\circ$的偏振矢量可能会发生和模仿的典型模式的尘埃颗粒排列的环形磁场中看到接近face-on. Further,这种效应的偏振反转是一个快速变化的函数的波长和晶粒尺寸,因此,一个强大的工具来约束颗粒成分和尺寸分布存在于原行星盘的磁盘。此外,该效应还可以为盘倾斜提供独特的约束,特别是如果盘靠近正面观察。
2019-07-05 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Observations of edge-on protoplanetary disks with ALMA I. Results from continuum data
我们分析了一个样本的12个HST选择的边缘上的原行星盘的发射层的垂直范围可以直接限制。我们目前ALMA高角分辨率连续图像(0.1角秒),这些磁盘在两个波长,0.89毫米和2.06毫米(分别ALMA波段7和4),补充档案波段6数据(1.33毫米)在可用的。对于大多数光源,毫米连续谱发射在垂直和径向方向上都比散射光更紧凑。在至少一个毫米波段内沿其短轴分辨六个源,提供关于毫米颗粒垂直分布的直接信息。对于样品的第二大圆盘,带7和带4之间的垂直范围的显著差异表明大颗粒的有效尺寸选择性垂直沉降。此外,在我们的样本中,唯一的I类物体显示出毫米级的耀斑。沿着主轴,所有磁盘都得到了很好的解决。其中四个在径向方向上在带7中比在带4中更大,并且三个在所有带中具有相似的径向范围。对于所有的磁盘,我们还推导出毫米亮度温度和光谱指数的地图。我们发现,磁盘可能是光学厚,尘埃排放揭示了低亮度温度在大多数情况下(<10 K)。积分光谱指数与较低倾角的盘相似。一般的辐射转移盘模型与我们的数据的比较表明,至少有3个盘与几个au(在r= 100 au处测量)的小毫米尘埃尺度高度一致。这与从散射光图像和气体管线测量中得出的更经典的h_g \sim 10 au值形成对比。这些结果证实,通过直接观测,大(毫米)颗粒受到显着的垂直沉降在原行星盘。
2020-09-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Polarization at millimeter wavelengths caused by drifting grains in protoplanetary disks
本文研究原行星盘中尘埃颗粒在径向漂移和垂直剪切不稳定性(VSI)作用下的力学对齐机制,通过3D辐射流体动力学与Monte Carlo偏振辐射传输模拟,发现大颗粒的力学对齐可产生沿盘长轴的毫米波偏振,为追踪颗粒方向提供新途径。
2025-09-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Bridging the gap between protoplanetary and debris disks: separate evolution of millimeter and micrometer-sized dust
原行星盘和碎片盘的性质之间的联系还没有得到很好的理解。尘埃演化、行星形成和行星盘消散可能在相关过程中发挥作用。我们的目标是通过研究光学薄的III类磁盘,以及它们如何与年轻和老年人的磁盘,以调和这两种表现的尘埃拱星盘。在这项工作中,我们收集了文献和ALMA档案毫米通量的85个磁盘(8%)的所有III类磁盘附近的恒星形成区域。我们得出毫米尘埃质量$M_{\text{dust}}$,并比较这些与II类和碎片盘样品的背景下,过量的红外光度,吸积率,和年龄。III类椎间盘的平均$M_{\text{dust}}$为$0.29 \pm 0.19~M_{\oplus}$。我们提出了一个新的进化方案,其中径向漂移是非常有效的非结构化磁盘在第二类阶段导致快速减少的$M_{\text{dust}}$。然而,我们发现长红外原行星盘的时间尺度为${\sim}$ 8百万年,这是符合整体缓慢的磁盘演变。在结构盘中,尘埃陷阱的存在允许在大半径处形成星子带,例如在碎片盘中观察到的那些。因此,我们建议,在碎片盘的星子带的结构盘的尘埃陷阱的结果,而没有尘埃陷阱的原行星盘减少尘埃质量通过径向漂移,因此无法检测到的气体已经消散后的碎片盘。这些结果提供了一个假说的一个新的观点盘的演变。
2021-07-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the crystallinity of silicate dust in evolving protoplanetary disks due to magnetically driven disk winds
我们提出了一种新的机制向外运输的结晶尘埃颗粒:向外径向漂移的卵石。尘埃环结构是原行星盘中常见的结构。尘埃环形成的合理机制之一是在压力最大值附近积聚卵石,这是由磁驱动盘风造成的质量损失形成的。在演化中的原行星盘由于磁驱动盘风,尘埃颗粒可以从结晶前向外迁移到压力最大的径向漂移。我们发现,当径向漂移时间尺度短于平流时间尺度时,向外的径向漂移过程可以有效地输送结晶尘埃颗粒。我们的模型预测,硅酸盐尘埃颗粒的结晶度可以高达100%的尘埃环内的位置。
2021-07-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Investigating the Relative Gas and Small Dust Grain Surface Heights in Protoplanetary Disks
原行星盘中的尘埃从小尘埃颗粒到卵石的演化是行星形成过程的关键。原行星盘中的气体应该会影响小尘埃颗粒的垂直分布($\sim$ 1 $μm$),利用近红外偏振光和毫米波观测资料,测量了三个原行星盘IM Lup,HD 163296,和HD 97048(CU Cha)。对于两个系统,IM Lup和HD 163296,$^{12}$ CO气体和小尘埃颗粒在小半径的恒星有类似的高度,但在较大的半径($>$ 100 au)的尘埃颗粒散射表面高度低于$^{12}$ CO气体排放表面高度。在HD 97048的情况下,小尘埃颗粒散射表面在所有半径处具有与$^{12}$ CO气体发射表面相似的高度。我们运行了一个原行星盘辐射转移模型的一般原行星盘与TORUS,并表明有没有观察到的散射表面和$^{12}$ CO发射表面之间的差异。我们还对系统进行了分析建模,发现大于100的气尘比可以解释在IM Lup和HD 163296中观察到的差异。这是对原行星盘中气体和小尘埃颗粒高度分布观测的首次直接比较。未来需要对气体排放和近红外散射光仪器进行观测,以在其他原行星盘中寻找类似的趋势。
2021-04-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust grain shattering in protoplanetary discs: collisional fragmentation or rotational disruption?
在原行星盘中,尘埃颗粒凝聚成大的聚集体仍然知之甚少。颗粒孔隙度似乎是一个有前途的解决方案,让晶粒生存和形成星子。此外,尘埃破碎一般被认为只来自碰撞碎裂;然而,最近引入了一个新的过程,旋转破裂。我们编写了一个一维代码,模拟了颗粒漂移时的生长和孔隙度演变,以研究包括两个破碎过程时的最终结果。在模拟再现观测的圆盘模型中的晶粒演化时,我们发现与碎裂和径向漂移相比,旋转破裂是不可忽略的。当湍流参数$α\lesssim 5\xtenpow{-4}$,如果径向漂移足够慢时,破坏成为主导。我们表明,在晶粒的生长历史中断的重要性强烈依赖于它们的抗拉强度。
2023-01-05 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Self-scattering in protoplanetary disks with dust settling
再发射通量的散射被认为至少部分地导致了在几个原行星盘的(亚)毫米波长范围内观测到的偏振。虽然散射产生的偏振程度高度依赖于尘埃模型,但早期研究这种机制依赖于尘埃的单一粒度和简单密度分布的假设。然而,在这种机制通常最有效的密集内部区域,已经证实存在尺寸从纳米到毫米的尘埃颗粒。此外,气体的存在迫使较大的晶粒垂直地朝向盘中平面迁移,从而在垂直方向上引入粉尘分离。使用偏振辐射转移模拟,我们分析了在350 $μ$米,850 $μ$米,1.3毫米和2毫米的散射光偏振的依赖性描述原行星盘的各种参数,包括尘埃颗粒沉降的影响。我们发现,不同的磁盘参数改变的偏振度主要是通过影响辐射场的各向异性,光学深度,或两者兼而有之。因此,仅从偏振测量直接推导出某些盘参数值是非常具有挑战性的。然而,假设一个高的尘埃粒子,它是可能的跟踪从光学厚光学薄盘区域的过渡。在大多数被认为是磁盘配置的极化程度低于观察发现,这意味着有必要重新审视模型,描述的尘埃属性和磁盘结构。
2020-07-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
ALMA Observations of the Inner Cavity in the Protoplanetary Disk around Sz 84
利用阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵(ALMA)对金牛座T星Sz~84周围的一个原行星盘进行了观测,分析了尘埃盘中心区域的内腔结构。Sz~84的光谱能量分布(SED)在$λ\lesssim$ 10~ $μ$ m处具有可忽略不计的红外过量,这是由于盘的腔结构造成的。对1.3mm尘埃连续谱的观测结果和SED的分析表明,大尘埃(毫米级)盘中的空洞半径为8au,小尘埃(亚微米级)盘中的空洞半径为60 au。此外,根据SED分析,我们估计$r<$ 60~au小尘埃颗粒的质量上限小于$\sim$ 10 $^{-3}$ ~ $M_{\rm earth}$,即$\lesssim$占$r<$ 60~au总(小~ $+$ ~大)尘埃质量的0.01~\%.这些结果表明,大的尘埃颗粒占主导地位,在$r<$ 60~au,这意味着尘埃颗粒有效地增长与低效率的碎裂在这一地区,可能是由于弱湍流和/或粘性尘埃颗粒。颗粒生长和尘埃破碎的平衡是决定原行星盘中大尘埃颗粒大小的重要因素,因此Sz~84可以作为研究此类盘中颗粒生长的良好试验平台。
2020-09-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Analysis of the instability due to gas-dust friction in protoplanetary discs
本文研究了受线性轴对称扰动的气体圆盘中尘埃层的稳定性。然而,不考虑单一尺寸的颗粒,而是假设尘埃颗粒群由两种颗粒组成。尘埃颗粒通过拖曳力与气体交换动量,并考虑了它们的自引力。我们表明,存在两个晶粒尺寸可以提高效率的阻力驱动的不稳定性的原行星盘的线性增长。与第一粉尘相相比,具有小质量的第二粉尘相将减少生长时间尺度,甚至减少两倍或更多倍,特别是当其与气体的耦合较弱时。这意味着一旦形成一定数量的大尘埃颗粒,即使它比小尘埃颗粒小得多,尘埃层变得更加不稳定,尘埃结块加速。因此,在研究原行星盘中的尘埃聚集时,必须考虑到各种尺寸的尘埃颗粒的存在,因为那里既有大的尘埃颗粒,也有小的尘埃颗粒。
2015-12-14 astro-ph.EP astro-ph.GA
Unveiling Dust Aggregate Structure in Protoplanetary Disks by Millimeter-wave Scattering Polarization
尘埃在原行星盘中的凝聚是星子形成的第一步。然而,从尘埃聚集到星子的路径仍然不清楚。无论是数值模拟还是实验室实验都表明了尘埃结构在星子形成中的重要性,但它并没有很好地受到观测的约束。我们研究如何尘埃结构和孔隙度改变偏振图像在毫米波进行三维辐射转移模拟。骨料具有不同的孔隙率和分形维数被认为是。因此,我们发现,尘埃聚集体具有较低的孔隙度和/或较高的分形维数是有利的解释所观察到的毫米波散射偏振的磁盘。具有极高孔隙度的聚集体无法解释观察结果。此外,我们还表明,具有中等孔隙度的颗粒表现出弱的散射偏振的波长依赖性,这表明多波长偏振测量是有用的约束灰尘孔隙度。最后,我们讨论了尘埃演化和星子形成磁盘的影响。
2019-09-19 astro-ph.EP
Discovery of an au-scale excess in millimeter emission from the protoplanetary disk around TW Hya
利用阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵(ALMA)在$\sim$ 3 au分辨率下的高灵敏度观测,发现TW~Hya周围的原行星盘中存在233 GHz(波长1.3 mm)的过量尘埃连续辐射。233~GHz图像的灵敏度比我们以前的第三周期观测提高了3倍。整体结构主要是轴对称的,并有明显的差距,在25和41 au以前的报告。最值得注意的新发现是在原行星盘的西南部有一些au尺度的过量辐射。过量辐射位于距盘中心52 au处,比周围的原行星盘亮1.5倍,显著性为12 $σ$。在扣除轴对称原行星盘辐射后,对提取的辐射进行了可见度拟合,得到了过量辐射的大小和总通量密度分别为4.4 $\times$ 1.0 au和250 $μ$ Jy。当尘埃温度为18 K时,过量辐射的尘埃质量相当于0.03 $M_\oplus$。由于在波段7图像的几乎相同位置处也可以勉强识别出过量发射,因此该特征不太可能是背景源。过量的辐射可以解释为一个小的拉长的漩涡或海王星质量形成行星周围的大质量环行星盘中积累的尘埃团。
2019-09-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
An Introduction to Dust Evolution and Vertical Transport in Protoplanetary Disks
本教程介绍了原行星盘中尘埃演化与垂直传输的观测研究,阐述多波长空间分辨观测如何推断尘埃分布与性质,并描述推断不同示踪物尘埃性质及垂直高度的方法以助初学者入门。
2025-09-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Thermal evolution of protoplanetary disks: from $β$-cooling to decoupled gas and dust temperatures
目的:我们通过不同的方法来计算由盘及其周围环境中的各种冷却和加热过程所确定的热结构,探索年轻原行星盘的长期演化。研究方法:薄圆盘极限中的数值流体动力学模拟由三种热演化方案补充:一个简化的$β$ -冷却方法,有和没有辐射,其中磁盘冷却的速度是成比例的当地动态时间,一个基准模型与相等的灰尘和气体温度计算考虑粘性加热,辐射,和辐射冷却,以及允许分离灰尘和气体温度的更复杂的方法。结果如下:我们发现,气体温度可能会显着超过年轻的磁盘外部区域的尘埃由于额外的压缩加热所造成的降落信封材料在磁盘演化的早期阶段和缓慢的碰撞交换的能量之间的气体和尘埃在低密度磁盘区域。然而,外层包络显示出相反的趋势,气体温度下降到尘埃温度以下。全球盘演化对温度解耦的敏感性很弱。然而,单独的尘埃和气体温度可能会影响化学成分,尘埃演化和磁盘质量的估计。恒定的$β$模型没有恒星和背景辐射无法再现磁盘的演变与更复杂的热计划,因为固有的变量性质的$β$参数。考虑辐照的常数$β$模型能较好地拟合动力学和热演化过程,但仍不完全吻合.结论:当重点放在原行星盘中的化学或尘埃演化上时,特别是在亚太阳金属丰度环境中,需要允许分离尘埃和气体温度的模型。
2020-04-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Estimate on dust scale height from ALMA dust continuum image of the HD 163296 protoplanetary disk
我们的目标是从毫米连续观测中估计原行星盘的尘埃尺度高度。首先,我们给出了原行星盘中环强度的一般表达式,并证明了我们可以用环的方位角强度变化来约束尘埃尺度的高度。然后,我们将所提出的方法应用于两个不同的环在68 AU和100 AU的原行星盘周围HD 163296。通过比较DSHARP高分辨率毫米级尘埃连续图像与RADMC-3D的辐射转移模拟,我们约束了尘埃尺度高度。在3 σ不确定度下,发现在内环h_d/h_g > 0.84,在外环h_d/h_g < 0.11,其中h_d为尘埃尺度高度,h_g为气体尺度高度。这表明灰尘在内环处张开并在外环处沉降。我们进一步从导出的尘埃尺度高度限制湍流参数α与气体-尘埃耦合参数St的比值; α/St在内环> 2.4,α/St在外环< 1.1*10^{-2}。这一结果表明,湍流更强或灰尘更小的内环比外环。
2021-03-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Millimeter-wave polarization due to grain alignment by the gas flow in protoplanetary disks
如果尘埃颗粒被拉长并沿同一方向排列,它们就会发出固有的偏振辐射。颗粒排列的方向是由外力决定的,例如磁场、辐射和对着尘埃颗粒的气流。在这封信中,我们将气流作用下的晶粒排列概念(称为机械排列)应用到原行星盘的情况。我们假设颗粒具有一定的螺旋度,这将导致与短轴平行的颗粒速度对周围的磁盘气体的对齐,并讨论了极化矢量的形态在原行星盘。我们发现,偏振矢量的方向取决于斯托克斯数,这表示如何以及粮食耦合到气体。如果斯托克斯数小于1,偏振的方向是在方位角方向,因为尘埃对气体的速度是在径向方向。如果斯托克斯数是一样大的统一,偏振矢量显示出领先的螺旋图案,因为径向和方位角分量的气体速度对尘埃颗粒是可比的。这表明,如果观测到的偏振矢量显示出领先的螺旋图案,这将表明尘埃颗粒的斯托克斯数大约是1,这可能是径向漂移。
2019-03-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Possible Mechanism for Overcoming the Electrostatic Barrier Against Dust Growth in Protoplanetary disks
本文研究了尘埃粒子在原行星盘中的凝聚。研究了带电尘埃颗粒生长过程中的静电排斥势垒。考虑到光电效应导致在中间高度处出现一层,其中灰尘具有接近于零的电荷,使得灰尘颗粒能够有效地生长。凝结速率的增加不仅是由于库仑势垒的降低,而且还由于由于近零电荷的非零分散而引起的相反电荷的颗粒之间的静电吸引。取决于混合的效率在磁盘中,加速的尘埃在这一层的演变可能是重要的,无论是在准静止阶段的磁盘演变,并在其分散。
2015-08-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
(Sub)millimeter Dust Polarization of Protoplanetary Disks from Scattering by Large Millimeter-Sized Irregular Grains
尘埃颗粒的大小,$a$,是拱星盘的物理和化学过程的关键,但颗粒大小的观测限制仍然具有挑战性。(亚)毫米连续谱观测经常显示平行于圆盘短轴的λ-水平偏振,这通常归因于$\sim 100μ$ m-尺寸球形颗粒的散射(具有尺寸参数$x \equiv 2πa / λ< 1$,其中$λ$是波长)。较大的球形晶粒(其中$x$大于1)将产生相反的偏振方向。然而,推断的尺寸与不透明度指数$β$存在张力,该指数指向更大的mm/cm尺寸的颗粒。我们调查的散射产生的偏振与$x$的范围大于从实验室实验中获得的光学性质的统一的大的不规则颗粒。利用辐射传输程序RADMC-3D,我们发现大的不规则颗粒仍然产生平行于磁盘短轴的偏振。如果采用光学中的原始镁橄榄石折射率,则所有样品都可以产生通常观察到的偏振水平。考虑到使用DSHARP尘埃模型更普遍采用的折射率,只有具有几个$x$的颗粒(对应于$\sim$ mm尺寸的颗粒)可以达到相同的偏振水平。我们的研究结果表明,磁盘中的晶粒可以有毫米级的大小,这可能会减轻从散射和其他手段推断的晶粒尺寸之间的紧张关系。此外,如果大的不规则颗粒没有沉降到中平面,它们的强前向散射可以在倾斜盘的近侧和远侧之间产生不对称性,这可以用来推断它们的存在。
2023-03-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust-Dust Collisional Charging and Lightning in Protoplanetary Discs
我们研究了尘埃-尘埃碰撞充电在原行星盘中的作用。我们表明,尘埃-尘埃碰撞充电成为一个重要的过程,在确定尘埃和气体的电荷状态,如果有灰尘增强和/或灰尘是蓬松的,使尘埃表面积每盘体积局部增加。利用通用图形处理器(GPGPU)和{ \sc cuda}编程语言,求解了不同圆盘环境和尘埃数密度$η$的电荷平衡方程。我们发现随着尘埃数密度$η$的增加,电荷分布经历了四个阶段。在这些阶段之一中,由尘埃运动引起的静电场$E$增加为$E \propto η^4$。结果,发生宏观放电,例如在$η= 70$(以最小质量太阳星云(MMSN)值为单位,考虑两组具有半径$10^{-2}\unit{cm}$、$10^{2}\unit{cm}$的蓬松尘埃)。我们提出了一个模型,描述的电荷交换过程中的光盘作为一个电路。本文导出了闪电的临界尘埃数密度随尘埃参数变化的解析公式。我们估计了这种放电(“闪电”)的总能量、强度和事件比率。讨论了利用天文低频({ \em ALF})波、{ \em IR}、{\em UV}谱线和高能γ射线观测原行星盘中闪电和精灵放电的可能性。我们还讨论了闪电对球粒加热、星子生长和盘的磁旋转不稳定性的影响。
2009-10-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Thermal Structure and Millimeter Emission of Protoplanetary Disk with embedded protoplanets from radiative transfer modeling
本研究通过流体动力学模拟结合辐射转移后处理,探究含内嵌原行星的原行星盘热结构与毫米辐射特征,发现行星星周盘的辐射可局域升温盘物质,且其毫米辐射特征可用于约束原行星生长时标。
2024-04-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
The (sub-)millimeter SED of protoplanetary disks in the outskirts of the Orion Nebula Cluster
我们提出了一个样本的8个年轻的拱星盘在猎户座星云星团的外部区域的亚毫米/毫米SED。使用CARMA阵列在2.9 mm处进行新的观察,并使用ATCA在3.3和6.8 mm处对一个圆盘216-0939进行新的观察。通过将这些新的毫米波数据与亚毫米波波长的文献测量相结合,我们研究了猎户座星云团中原行星盘的颗粒生长并测量了尘埃质量。这些数据为尘埃颗粒在高质量恒星形成区首次生长到至少毫米大小提供了证据。所得到的亚毫米/毫米光谱指数范围,即1.5-3.2,表明在猎户座星云星团外围的盘(从星团中心的投影距离约为0.4 pc和1.5 pc之间),颗粒生长到毫米大小的方式与只有低质量恒星形成的区域的盘相同。最后,在我们的样本中,有三个圆盘的质量比$0.05\,M_\odot$大,这证实了猎户座星云的外部区域存在大质量圆盘。
2010-10-08 astro-ph.EP
Electric charging of dust aggregates and its effect on dust coagulation in protoplanetary disks
尘埃聚集体的相互粘附是原行星盘形成星子的第一步。尽管在某些情况下,尘埃粒子的带电是公认的,它已在很大程度上被忽略,在目前的粉尘凝聚模型。在这项研究中,我们提出了一个一般性的分析,尘埃电荷状态的原行星盘,然后演示如何充电可以显着改变目前公认的尘埃凝聚的情况。首先,我们描述了一种新的半解析方法,自洽地计算尘埃电荷态和气体电离态。该方法比以往的数值计算方法效率高得多,并且对气尘混合物的荷电状态提供了一个全面而清晰的描述。其次,我们将这种分析应用于早期的演化阶段,在这些阶段,尘埃被认为生长成具有准单分散性(即,窄)尺寸分布。我们发现,在很宽的模型参数范围内,分形生长强烈抑制碰撞聚集体之间的电斥力,并最终“冻结”的方式到随后的增长阶段,涉及碰撞压缩。强烈的盘湍流有助于聚集体克服这一生长障碍,但在随后的生长阶段,它会导致灾难性的碰撞碎裂。这些事实表明,电斥力和碰撞碎裂的结合将严重限制原行星盘中尘埃的生长。我们提出了一个可能的情况下,灰尘演变后的冻结。最后,我们指出,尘埃聚集体的分形生长往往保持一个低的电离度,因此,一个大的磁旋转稳定区域的磁盘。
2009-04-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gas- and dust evolution in protoplanetary disks
上下文目前关于原行星盘中尘埃的大小和径向演化的模型通常过于简化了盘的径向演化(通过聚焦在一个单一的半径或通过使用稳态盘模型),或者它们假设粒子生长以单分散或无碎裂的方式进行。对原行星盘的进一步研究--如观测、盘化学和结构计算或行星种群合成模型--取决于尘埃的分布,尘埃的分布是盘中颗粒大小和径向位置的函数。目标。我们试图改进现有的模型,以便能够研究初始条件,建立阶段,以及原行星盘的演变如何影响尘埃的生长和运输。方法.我们引入了Brauer等人(2008)模型的一个新版本,其中我们现在包括了随时间变化的气体盘粘性演化,并在其中实现了更先进的输入物理和数值积分方法。结果我们发现,颗粒的性质,气体压力梯度,和湍流的量更影响尘埃的演变比初始条件或建立阶段的原行星盘。我们量化了哪些条件或环境有利于超过米尺寸障碍的增长。高的气体表面密度或带状流动可能有助于克服径向漂移的问题,然而,少量的湍流已经对晶粒生长造成了更大的障碍。
2010-02-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust Traffic Jams in Inclined Circumbinary Protoplanetary Discs I. Morphology and Formation Theory
气体和尘埃在倾斜的轨道上围绕着双星经历由双星引力矩引起的进动。气体和尘埃之间的岁差的差异改变了弱耦合尘埃的径向漂移,并导致密度增强的径向漂移最小化。我们探索这一现象,使用三维流体动力学模拟研究这些“尘埃交通堵塞”的突出性和由此产生的尘埃子结构在不同的光盘倾角和二进制偏心率的演变。然后,我们推导出翘曲的尘埃盘的角动量的演化方程,并将其实现在一个一维代码和目前的计算,以进一步解释这些交通堵塞。我们发现,尘埃交通堵塞在倾斜的circumbinary光盘提供显着的尘埃密度增强,寿命长,可以有重要的影响,星子的形成。
2021-09-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
Millimeter dust continuum and polarization in protoplanetary disks with scattering: A slab model
National Astronomical Observatory of Japan, National Institutes of Natural Sciences(日本国立天文台,国立自然科学研究院);Astronomical Science Program, Graduate Institute for Advanced Studies, SOKENDAI(SOKENDAI 高等研究院天文学研究项目)
研究评估了原行星盘毫米波连续谱发射的近似公式有效性,并推导出更准确的连续谱和偏振发射公式,以提高观测分析的准确性。
2026-05-14 astro-ph.EP
Hydro-, Magnetohydro-, and Dust-Gas Dynamics of Protoplanetary Disks
行星系的形成是由原行星盘的气体和尘埃动力学控制的。当气体同时被吸积到中心恒星上并被风驱散时,尘埃颗粒聚集并坍塌形成微行星,最终形成行星。这种尘埃和气体动力学涉及不稳定性,湍流和复杂的非线性相互作用,最终控制了这些磁盘的观测外观和长期演变。本章致力于我们的气体和尘埃盘的动力学的理解,包括流体动力学和磁流体动力学湍流,气尘不稳定性,尘埃结块和磁盘风的最新发展。我们展示了这些物理过程是如何从观测中进行测试的,并强调了未来应该解决的问题。
2022-03-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Co-evolution of dust grains and protoplanetary disks
本研究通过尘埃-气体双流体非理想MHD模拟提出尘埃颗粒与原行星盘共同演化机制,并解析推导出仅依赖可观测物理量的特征幂律盘结构。
2023-06-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evolution of porous dust grains in protoplanetary discs -- I. Growing grains
行星形成的一个主要问题是所谓的径向漂移障碍,它阻碍了小尘埃成长为星子。厘米到分米大小的卵石被认为在原行星盘上径向漂移的速度比它们长大的速度要快,因此会丢失到恒星中。为了克服这一障碍,漂移必须减慢或停止,或者需要加速生长。在本文中,我们调查的作用,孔隙度的漂移和增长。我们已经开发了一个模型,孔隙度的演变过程中的晶粒生长,并将其应用到原行星盘的数值模拟。我们发现,多孔晶粒的生长速度更快,使他们能够过渡到斯托克斯阻力制度,从气体中解耦,并生存的径向漂移障碍。在圆盘的大面积上,由多孔尘埃直接形成小的星子是可能的。
2020-03-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Nonlinear Outcome of Coagulation Instability in Protoplanetary Disks I: First Numerical Study of Accelerated Dust Growth and Dust Concentration at Outer Radii
我们以前的线性分析提出了一个新的不稳定性驱动的尘埃凝聚在原行星盘。凝聚不稳定性有可能使尘埃颗粒集中成环,并有助于尘埃凝聚和星子形成。在这一系列的论文中,我们进行数值模拟和研究非线性结果的凝血不稳定性。在本文中(文件I),我们首先进行局部模拟,以证明存在的凝血不稳定性。在模拟中观察到的线性增长与先前的线性分析非常一致。接下来,我们进行径向全球模拟,以证明凝聚不稳定性的发展过程中由内而外的磁盘演变,由于尘埃的增长。为了分离对尘埃浓度和增长的各种影响,我们忽略了对气盘的反反应和尘埃碎裂的影响。这种简化的模拟表明,无论是逆反应或破碎是不稳定性的局部粉尘浓度的先决条件。在大多数弱湍流运行中,通过凝聚不稳定性的粉尘浓度克服了由于径向漂移引起的粉尘损耗,导致多个粉尘环的形成。凝结不稳定性的非线性发展也加速了尘埃的生长,无量纲停止时间$τ_{\mathrm{s}}$甚至在外半径(>10 au)达到1。因此,凝聚不稳定性是一个有前途的过程,以保留尘埃颗粒,并加速尘埃增长超过漂移障碍。
2022-07-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust and gas density evolution at a radial pressure bump in protoplanetary disks
本文研究了位于原行星盘中的径向压力凸起处尘埃和气体密度分布的同时演化。如果尘埃颗粒被视为测试颗粒,则径向压力凸块捕获径向向内漂移的尘埃颗粒。然而,随着尘埃颗粒在气体压力隆起处变得更加集中,从尘埃到气体的拖曳力(反作用)(在测试颗粒方法中被忽略)使压力隆起变形。我们发现,当粉尘与气体的质量比达到$\sim 1$时,压力凸块完全变形,恢复较慢。碰撞破坏抑制了尘埃粒子的直接引力不稳定性。在粉尘富集区,径向压力支持变为比初始设定的全局值低$\sim 10-100$倍。虽然压力隆起是一个有利的地方流动不稳定性(SI),平坦的压力梯度抑制SI形成大颗粒团块对应于$100-1000$ km大小的机构,这是以前提出的。如果SI发生在那里,形成的尘埃团将是$10-100$倍小,即大约$1 - 100$ km。
2016-05-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planet gaps in the dust layer of 3D protoplanetary disks: I. Hydrodynamical simulations of T Tauri disks
内容:虽然亚微米和微米大小的尘埃颗粒通常与原行星盘中的气相很好地混合,但较大的颗粒将部分解耦,因此具有与气体不同的分布。这对预测原行星盘的可观测性产生了影响,因为仅对气体的研究将提供一个不准确的图像。具体来说,在行星存在下的间隙打开标准通常是针对气相进行研究的,而一旦颗粒达到毫米大小,尘埃层的情况可能会大不相同,这就是ALMA所观察到的。目的:我们的目标是调查的形成和结构的行星间隙的尘埃层的原行星盘与嵌入的行星。研究方法:我们执行3D,气体+尘埃SPH模拟的原行星盘与行星在一个固定的圆形轨道上在40 AU研究的气体和尘埃的分布和密度在磁盘的演变。我们运行了一系列模拟,其中行星质量和尘埃颗粒大小不同。结果如下:我们发现,尘埃层中的间隙比气相中的间隙更引人注目,对于更大质量的行星和更大的颗粒,它更深更宽。对于一个足够大的行星,我们注意到,厘米大小的颗粒仍然在间隙内的共转和他们的人口在外盘显示出一个不对称的结构,一个签名的磁盘行星相互作用,即使是一个圆形的行星轨道,这应该是可观察到的ALMA。
2010-05-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Mineralization, Grain Growth and Disk Structure: Observations of the Evolution of Dust in Protoplanetary Disk
在过去五年中,斯皮策空间望远镜和改进的地面设施使得围绕太阳质量或更小的年轻恒星的星周盘的数量大量增加,其中固体成分的组成已被完整的中红外光谱研究。有了这些样本,我们可以通过观测评估尘埃在行星形成时期的演变,同时评估原行星盘的成分和结构的演变。在这里,我们将回顾这一努力的进展,重点是在附近的协会和恒星形成区的对象,并在尘埃成分的方法,确定从年轻的恒星天体的红外光谱。
2009-02-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
The physical and chemical processes in protoplanetary disks: constraints on the composition of comets
该研究综述原行星盘观测与理论进展,结合ALMA等多波段观测揭示气尘结构、分子分布及动力学特征,指出元素丰度非均匀性或源于气尘解耦,为彗星组成研究提供约束。
2024-11-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
A thermodynamic view of dusty protoplanetary disks
嵌入气态原行星盘中的小固体会受到强烈的尘埃-气体摩擦。因此,紧密耦合的灰尘颗粒几乎跟随气流。沿着流线的尘埃与气体之比的近似守恒类似于沿着具有弱加热和冷却的(无尘)气体流动的熵的近似守恒。我们把这个热力学类比发展成一个框架来研究原行星盘中的尘埃气体动力学。我们表明,等温含尘气体的行为像一个绝热的纯气体,有限的尘埃气体耦合可以被视为一个有效的加热/冷却。我们利用这种对应关系推断:1)完全耦合的薄尘埃层不会引起轴对称不稳定性; 2)如果尘埃垂直混合均匀,尘埃径向边缘是不稳定的; 3)气流不稳定性必然涉及滞后于尘埃密度的气压响应; 4)尘埃负荷引入浮力,该浮力通常稳定与全球径向温度梯度相关的垂直剪切不稳定性。我们还讨论了其他流体动力学过程(如罗斯贝波不稳定性,对流超稳定性和僵尸涡)的尘埃类似物,以及如何模拟尘埃原行星盘与现有的纯气体动力学代码的微小调整。
2017-10-10 astro-ph.EP
Protoplanetary and debris disks in the $η$ Chamaeleontis Association: A sub-millimeter survey obtained with APEX/LABOCA
本研究以7-9 Myr龄的蝘蜓η星协为对象,用APEX/LABOCA开展亚毫米波巡天,建模分析原行星盘与碎片盘属性,揭示了星盘质量、空洞与吸积的关系及碎片盘形成的高效性。
2023-10-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
A simple model for the evolution of the dust population in protoplanetary disks
内容:尘埃的全球大小和空间分布是原行星盘的结构和演化以及更大天体(如星子)形成的重要因素。目的:我们的目标是推导出简单的方程,解释全球的尘埃表面密度分布和粒度分布的上限,可以很容易地用于进一步建模或解释观测数据的演变。研究方法:我们已经开发了一个简单的模型,遵循的尘埃粒度分布的上端和尘埃表面密度分布的演变。这个模型是校准与国家的最先进的模拟尘埃演化,治疗尘埃的生长,破碎,并在粘性不断发展的气体盘运输。结果:我们发现非常好的协议之间的完整的灰尘演变代码和玩具模型在本文中提出的。我们推导出的分析配置文件,描述的尘埃-气体比和尘埃表面密度分布以及在原行星盘,以及由固体材料的径向通量“雨出”,这是至关重要的触发任何引力辅助形成的星子。我们发现,碎片化是在磁盘的内部区域的主导作用,导致尘埃表面密度指数为-1.5,而在以后的时间外部区域可以成为漂移为主,产生尘埃表面密度指数为-0.75。我们的研究结果表明,径向漂移是没有效率的破碎尘埃颗粒。这支持了这样一种理论,即小的尘埃颗粒是由于盘的湍流状态而被碎片化补充的。
2012-01-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
DustPy: A Python Package for Dust Evolution in Protoplanetary Disks
在原行星盘的演化和行星形成过程中,许多过程对盘中尘埃颗粒的大小非常敏感:尘埃盘中尘埃吸积的效率和尘埃颗粒的挥发物传输,导致微行星形成的重力湍流不稳定性,或卵石在大行星胚胎上的吸积形成巨行星,都是取决于所涉尘埃颗粒大小的过程的典型例子。此外,辐射性质如吸收或散射不透明度取决于颗粒尺寸。为了解释观测到的原行星盘中的尘埃,需要对尘埃颗粒的大小进行适当的估计。我们提出了DustPy -一个Python软件包来模拟尘埃在原行星盘中的演化。DustPy解决了气体和尘埃的传输,包括粘性平流和扩散以及尘埃颗粒的碰撞增长。DustPy是用模块化概念编写的,因此模型的每个方面都可以很容易地修改或扩展,以允许大量的研究机会。
2022-08-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Self-Consistent Model for Dust-Gas Coupling in Protoplanetary Disks
在原行星盘内发生的各种物理过程--包括冰/岩石颗粒的垂直沉降、固体的径向漂移、微行星的形成以及行星吸积本身--都是由氢/氦气体和高$Z$尘埃之间的流体动力学相互作用促进的。斯托克斯数,它量化了尘埃-气体耦合的强度,因此在原行星盘的演化中起着核心作用,它的不确定性构成了行星形成理论中不确定性的重要来源。在这项工作中,我们提出了一个简单的尘埃-气体耦合模型,并证明,对于一个特定的组合的星云吸积率,$\dot{M}$,和湍流参数,$α$,径向轮廓的斯托克斯数可以计算出唯一的。我们的模型表明,斯托克斯数的增长与轨道半径呈亚线性,但在水冰线急剧增加。对于基准原行星盘参数的$\dot{M}=10^{-8}\,M_{\odot}/$年和$α=10^{-3}$,我们的理论产生的斯托克斯数的特征值的顺序$\mathrm{St}\sim10^{-4}$(对应于$\sim$毫米大小的硅酸盐尘埃)在内部星云和$\mathrm{St}\sim10^{-1}$(对应于$\sim$几厘米大小的冰粒),在磁盘的外部区域。因此,固体预计将在大的星心距离处沉降成薄的子盘,同时在冰线内保持垂直混合。
2022-04-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Intermittent planet migration and the formation of multiple dust rings and gaps in protoplanetary disks
原行星盘和行星形成模型的一个关键挑战是能够在盘发射中观察到的结构(如亮环和暗环或不对称性)与触发这些结构的行星的假设存在之间建立可靠的联系。观测到的N个暗环通常被解释为N个行星存在的证据,这些行星清除了轨道周围的尘埃间隙,并在盘中形成了尘埃捕获压力最大值。绝大多数研究行星对原行星盘中尘埃和气体动力学影响的模型都假设行星处于固定轨道上。在这里,我们走了一条不同的路线,并研究了一颗行星的大规模向内迁移是如何构成一个巨大圆盘的尘埃含量的。在许多情况下,质量与土星相当的部分间隙开放行星的迁移被发现间歇性地逃跑。通过二维气体和尘埃流体动力学模拟,我们表明,间歇性的失控迁移可以形成多个尘埃环和整个磁盘的差距。每次迁移速度减慢时,在行星间隙之外形成一个压力最大值,以捕获大型尘埃。我们的模拟结果与三维尘埃辐射转移计算后处理证实,间歇性失控迁移可以导致形成多套明亮和黑暗的连续发射环(亚)毫米以外的行星位置。
2020-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Exploring Polarized Millimeter Emission from Protoplanetary Disks with Irregular Dust Grains
Instituto de Radioastronomía y Astrofísica, Universidad Nacional Autónoma de México(墨西哥国立自治大学射电天文学与天体物理研究所);Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)(安达卢西亚天体物理研究所);European Southern Observatory(欧洲南方天文台);Instituto de Astrofísica de Canarias(加那利天体物理研究所);Nordic Optical Telescope(北欧光学望远镜)
研究不规则尘埃颗粒对毫米波极化结构的影响,发现其在不同光学深度条件下对极化分数和形态有显著影响,但单独改变几何形状不足以解释观测到的极化分数。
2026-04-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gas and multi-species dust dynamics in viscous protoplanetary discs: the importance of the dust back-reaction
我们研究了一个粘性原行星盘的动力学承载人口的尘埃颗粒的大小范围。我们计算稳态的解决方案,并表明,径向运动的气体和尘埃可以偏离大幅度从一个单一尺寸的尘埃人口。虽然尘埃对气体的气动阻力比所有颗粒都与气体最佳耦合的情况下要弱,但尘埃颗粒的累积“反反应”仍然可以显著改变气体动力学。在典型的原行星盘中,与无尘(粘性)情况相比,尘埃反反应的净效应减少了气体吸积流,即使尘埃与气体的比例为$1\%$。在外部圆盘中,灰尘颗粒通常不太强烈地耦合到气体并朝向中平面沉降,灰尘反反应甚至可以驱动向外的气体流动。此外,大颗粒的径向向内漂移在内部圆盘区域中的气体运动以下被减少,而小的尘埃颗粒在整个圆盘范围内遵循气体动力学。由此产生的尘埃和气体动力学可以产生可观察的结构,如气体和尘埃腔。我们的研究结果表明,尘埃反反应可以发挥重要作用的动力学和观测外观的原行星盘,不能忽视的模型中的原行星盘的演化。
2018-11-21 astro-ph.EP
Ring Morphology with Dust Coagulation in Protoplanetary Disks
嵌入的行星和它们周围的原行星盘之间的潮汐相互作用通常被假设为产生所观察到的复杂的尘埃子结构,包括环,间隙和不对称性。在这封信中,我们探讨了尘埃凝结的尘埃动力学和环形态的后果。尘埃颗粒的凝聚导致尘埃尺寸的增长,在典型的磁盘条件下,产生更快的径向漂移,可能威胁到尘埃环的形成。利用二维流体动力学模拟的原行星盘,其中包括一个完整的治疗尘埃凝结,我们发现,如果行星不打开一个缺口不够快,形成一个内环阻碍由于尘埃凝结和随后的径向漂移。此外,我们还发现在尘埃盘外缘的尘埃排放中经常出现亚毫米级颗粒的“堆积”。
2019-12-24 astro-ph.EP
Dust growth in protoplanetary disks - a comprehensive experimental/theoretical approach
十多年来,对原行星尘埃碰撞物理学的专门实验工作使我们达到了这样一个点,即尘埃聚集体的生长可以-第一次-自我一致和可靠地建模。本文综述了Güttler等(2010)提出的原行星盘尘埃凝聚体的涌现碰撞模型以及Zsom等(2010)提出的原行星盘尘埃凝聚体演化的数值模型。事实证明,在蓬松的尘埃聚集体快速碰撞增长到几厘米大小的短暂时间后,原行星尘埃颗粒受到反弹碰撞,其中它们的孔隙度大大降低。模型结果还表明,低速破碎可以减少尘埃聚集体的最终质量,但它不会引发一个新的增长模式,如前所述。根据我们的模型的当前阶段,碰撞粘附直接形成更大尺寸的星子似乎是不可能的,因此集体效应,如原行星盘尘埃增强区的流动不稳定性和引力不稳定性,是导致星子的过程的最佳候选者。
2010-08-30 astro-ph.EP
Dust Properties of Protoplanetary Disks in the Taurus-Auriga Star Forming Region from Millimeter Wavelengths
我们提出了最敏感的3毫米调查迄今为止的原行星盘进行金牛座御夫座恒星形成区(平均均方根约0.3毫焦耳),使用IRAM PdBI。凭借我们17/19的高检测率,我们提供了12个源的波长长于约1 mm的第一次检测。这使我们能够研究统计的mm SED斜率和尘埃性质的暗淡磁盘,并将它们比较明亮的磁盘使用统一的分析方法。利用这些新的数据和文献测量亚毫米和毫米波长,我们分析了金牛座-御夫座恒星形成区域中金牛座T星周围21个孤立盘样本的尘埃特性。再加上信息的磁盘空间延伸从分/毫米毫米-毫米干涉研究,我们从观察到的子毫米/毫米光谱能量分布约束的尘埃不透明度法律在这些波长,使用两层耀斑磁盘模型和自洽的尘埃模型,适当考虑到尘埃不透明度的变化与晶粒生长。我们发现了在我们样本的所有磁盘中存在尘埃颗粒的证据,这些尘埃颗粒的大小至少达到1毫米,证实了以前在较小的明亮物体上观察到的情况。这表明在原行星盘中,从ISM尘埃到毫米级颗粒的尘埃凝聚是一个非常快的过程,似乎发生在年轻恒星进入II类演化阶段之前。此外,这些大颗粒在磁盘外部区域的数量是固定的整个II类演化阶段,表明机制减缓尘埃向内迁移在金牛座-御夫座原行星盘发挥了重要作用。
2009-12-17 astro-ph.EP
Protoplanetary dust porosity and FU Orionis Outbursts: Solving the mystery of Earth's missing volatiles
众所周知,地球上的挥发性亲石元素以一种难以解释的方式耗尽。我们解决了这个异常的模型,结合了原行星盘中碰撞生长的尘埃颗粒的孔隙度与加热从FU Orionis事件,显着提高原行星盘温度。来自FU Orionis事件的加热改变了尘埃的空气动力学性质,同时蒸发了挥发物。这导致尘埃沉降,放弃了那些挥发物。这个模型成功地解释了地球的元素组成,有力地证明了太阳系外的原行星盘中存在着高度多孔的碰撞生长尘埃颗粒。此外,它还展示了尘埃孔隙度的热(或基于冷凝)变化以及空气动力学如何成为行星形成的一个强有力因素,导致尘埃盘中快速引力不稳定性的发生以及随后形成微行星的坍缩。
2014-04-15 astro-ph.EP
Including Dust Coagulation in Hydrodynamic Models of Protoplanetary Disks: Dust Evolution in the Vicinity of a Jupiter-mass Planet
在建立原行星盘模型时,由于尘埃增长的复杂性和计算费用,尘埃增长常常被忽略。然而,它确实在塑造原行星尘埃的演化和行星形成方面发挥了主要作用。在本文中,我们提出了一个数值模式耦合的二维流体动力学演化的原行星盘,包括一个小行星质量的行星,尘埃凝聚。这是通过在单个基于网格的流体动力学模拟中包括多个尘埃流体并在求解流体动力学演化的顶部求解用于尘埃凝结的Smoluchowski方程来获得的。我们发现,碎片的尘埃聚集体被困在行星间隙外的压力隆起导致的小颗粒的密度增加。我们比较了从充分凝聚处理的常用的,固定的粉尘大小的方法和以前应用的,计算密集度较低的方法,包括粉尘凝聚的结果。我们发现,完全凝聚的结果不能使用固定大小的处理再现,但有些可以模仿使用一个相对简单的方法来估计在每个网格单元格中的特征灰尘大小。
2019-09-23 astro-ph.EP
Dust Morphology Under Changing Dust Mass Ratios in Protoplanetary Discs
The University of Georgia(佐治亚大学);University of Oxford(牛津大学)
研究尘埃质量比变化对行星形成盘形态的影响,通过尘埃-气体质量比ε约束改进盘质量估计。
2026-02-13 astro-ph.EP
Dust Processing and Mineralogy in Protoplanetary Accretion Disks
我们讨论了不同的尘埃成分的原行星盘,特别强调颗粒组成,大小和结构。本文将强调尘埃颗粒在原行星盘中的作用,以及支持这一知识的观测结果。首先,描述了尘埃从星际介质进入CS盘的路径。然后,尘埃冷凝序列从气体中引入,以确定最有可能发生在磁盘中的物种。硅酸盐的特性进行了详细的处理:组成,晶格结构,镁铁比和光谱特征。星际介质中另一种主要的尘埃形成成分是碳,它有多种形式,从分子到更复杂的颗粒。多环芳烃的观测证据给出了年轻的恒星和太阳系的材料。我们展示了如何光散射理论和实验室数据可以用来提供尘埃颗粒的光学特性。从观测者的角度,我们讨论了如何红外光谱可以用来获得灰尘的属性,目前使用的主要光谱分析方法和它们的局限性。观测结果,确定尘埃的性质,在原行星盘,给出:首先是明亮的中等质量的Herbig Ae/Be星,然后为低质量的金牛星和褐矮星。在这里,我们提出的结果,从空间天文台ISO和斯皮策,以及从中红外干涉仪VLTI,并总结了主要的发现。我们讨论了赫比格Ae/Be和金牛T星的颗粒生长的观测证据,以及它与光谱类型和尘埃沉降的关系。最后,我们展望了未来的太空任务,这将为更长波长甚至更暗的物体打开新的窗口。
2009-11-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust resurgence in protoplanetary disks due to planetesimal-planet interactions
星周星盘尘埃含量的观测数据表明,在附近恒星形成区的前主序星周围星盘中的尘埃含量中值似乎从大约100万年增加到大约200万年,然后随着时间的推移而下降。这种行为挑战了小尘埃颗粒在短时间尺度(小于约100万年)内积累成更大的物体并向内漂移而稳步下降的模型。在这封信中,我们探讨了在一个模型的框架内调和这种差异的可能性,在这个模型中,行星的早期形成动态地搅动附近的星子,并导致它们之间的高能碰撞,导致第二代尘埃的产生。我们发现,所观察到的尘埃演化可以很自然地解释这一过程中的一套代表性的磁盘行星架构。
2022-02-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Coagulation Instability in Protoplanetary Disks: A Novel Mechanism Connecting Collisional Growth and Hydrodynamical Clumping of Dust Particles
我们提出了一种新的不稳定性驱动的组合凝聚和径向漂移的尘埃颗粒。我们把这种不稳定性称为"凝聚不稳定性”,并认为它是一种有希望的机制,可以在盘演化的非常早期阶段集中尘埃颗粒并协助星子形成。由于碰撞凝聚效率的尘埃密度的依赖性,尘埃粒子有效地(低效地)增长的区域中的正(负)的尘埃密度扰动,这导致一个小的径向变化的尘埃大小,因此径向速度扰动。由此产生的速度扰动导致粉尘浓度和放大粉尘密度扰动。这种正反馈使磁盘不稳定。当尘气质量比为$10^{-3}$量级时,凝结不稳定性的增长时间尺度为几十个轨道周期。在原行星盘中,尘埃粒子的径向漂移和凝聚往往会导致尘埃耗尽。目前的不稳定性局部集中的尘埃粒子,即使在这样一个灰尘贫化区域。由此产生的浓度提供了更好的网站为灰尘气体不稳定性发展,这导致进一步的浓度。尘埃扩散和空气动力学反馈倾向于稳定短波长模式,但不能完全抑制凝结不稳定性的增长。因此,凝聚不稳定性预计将发挥重要作用,在建立下一个阶段的其他不稳定性,进一步发展向星子形成,如流动不稳定性或长期引力不稳定性。
2021-07-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dust trapping in protoplanetary disks
行星形成被认为是从原行星盘中的尘埃颗粒从微米到毫米和厘米大小的增长开始的。根据尘埃演化理论,尘埃的生长受到许多生长障碍的阻碍,而观测证据表明,这些障碍必须以某种方式被克服。尘埃陷阱的观测证据,特别是Oph IRS 48磁盘,与阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)改变了我们对尘埃生长过程的看法。在这篇文章中,我回顾了尘埃捕获模式和观测的历史。
2019-01-31 astro-ph.EP